I. Phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng thu nhiệt
- Phản ứng tỏa nhiệt: là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt (Ví dụ: phản ứng đốt cháy nhiên liệu, phản ứng tạo gỉ sắt, phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể,…)
.png)
- Phản ứng thu nhiệt: là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt (Ví dụ: phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng,…)
.png)
- Các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng thường là phản ứng tỏa nhiệt, các phản ứng thu nhiệt thường xảy ra khi đun nóng
- Các kí hiệu:
g (gas): chất khí
s (solid): chất rắn
l (liquid): chất lỏng
aq (aqueous): dạng dung dịch tan trong nước
II. Biến thiên enthalpy của phản ứng
- Biến thiên enthalpy của phản ứng (nhiệt phản ứng) là nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng ở điều kiện áp suất không đổi, kí hiệu là \({\Delta _r}H\)
- Đơn vị: thường tính theo kJ hoặc kcal
- Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào kèm theo phản ứng đó trong điều kiện chuẩn (áp suất 1 bar đối với chất khí, nồng độ 1M đối với chất tan trong dung dịch và thường chọn nhiệt độ 25oC (hay 298K)), kí hiệu \({\Delta _r}H_{298}^o\)
Ví dụ: Phản ứng đốt cháy 2 mol khí hydrogen bằng 1 mol khí oxygen, tạo thành 2 mol nước ở trạng thái lỏng, tỏa ra nhiệt lượng 571,6 kJ. Phản ứng trên có biến thiên enthalpy, \({\Delta _r}H_{298}^o\)=-571,6 kJ, biểu diễn bằng phương trình nhiệt hóa học như sau:
\(2{H_{2(g)}} + {\rm{ }}{O_{2(g)}} \to 2{H_2}{O_{(g)}}\;\;\;\;\;\) \({\Delta _r}H_{298}^o\) = -571,6 kJ
- Ý nghĩa:
+ Dấu của biến thiên enthalpy cho biết phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt
\({\Delta _r}H\)>0: phản ứng thu nhiệt
\({\Delta _r}H\)<0: phản ứng tỏa nhiệt
+ Gía trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều
III. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo nhiệt tạo thành
- Cách tính: Biến thiên enthalpy của phản ứng được xác định bằng hiệu số giữa tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm (sp) và tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu (cđ)
Ở điều kiện chuẩn: \[{\Delta _r}H_{298}^0 = \sum {{\Delta _f}H_{298}^0(sp) - } \sum {{\Delta _f}H_{298}^0(c{\rm{d)}}} \]
- Lưu ý: Khi tính toán lưu ý đến hệ số của các chất trong phương trình hóa học
Ví dụ: Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng sau ở điều kiện chuẩn:
\(4Fe{S_{2(s)}} + {\rm{ }}11{O_{2(g)}} \to 2F{e_2}{O_{3(s)}} + {\rm{ }}8S{O_{2(g)}}\)
Biết nhiệt tạo thành \({\Delta _f}H_{298}^o\) của các chất FeS2(s), Fe2O3(s) và SO2(g) lần lượt là: -177,9 kJ/mol; -825,5 kJ/mol và -296,8 kJ/mol
Tổng nhiệt tạo thành các chất đầu là:
\(\sum {{\Delta _f}H_{298}^o(c{\rm{d)}}} \)= \({\Delta _f}H_{298}^o(Fe{S_2}).4 + {\Delta _f}H_{298}^o({O_2}).11 = - 177,9.4 + 0.11 = - 711,6kJ\)
Tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm là:
\(\sum {{\Delta _f}H_{298}^o(sp)} = {\Delta _f}H_{298}^o(F{e_2}{O_3}).2 + {\Delta _f}H_{298}^o(S{O_2}).8 = - 825,5.2 + ( - 296,8).8 = - 4025,4kJ\)
Vậy biến thiên enthalpy của phản ứng:
\({\Delta _r}H_{298}^o = \sum {{\Delta _f}H_{298}^o(sp) - \sum {{\Delta _f}H_{298}^o(cd) = - 4025,4 - ( - 711,6) = - 3313,8kJ} } \)
IV. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết
- Năng lượng liên kết (Eb): Phản ứng hóa học là quá trình phá vỡ các liên kết trong chất đầu và hình thành các liên kết mới để tạo thành sản phẩm. Sự phá vỡ liên kết cần cung cấp năng lượng, trong khi sự hình thành liên kết lại giải phóng năng lượng.
- Cách tính: Biến thiên enthalpy của phản ứng (mà các chất đều ở thể khí) bằng hiệu số giữa tổng năng lượng liên kết của các chất đầu và tổng năng lượng liên kết của các sản phẩm (ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất)
Ở điều kiện chuẩn:
\({\Delta _r}H_{298}^0 = \sum {{E_b}(cd) - \sum {{E_b}(sp)} } \)
Ví dụ: Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng
\({H_{2{\rm{ }}(g)}} + {\rm{ }}C{l_{2(g)}} \to 2HC{l_{(g)}}\)
Biết Eb (H-H) =436kJ/mol; Eb (Cl-Cl) = 243 kJ/mol; Eb (H-Cl) = 432 kJ/mol
Tổng năng lượng liên kết của các chất đầu là:
\(\sum {{E_b}(cd) = {E_b}(H - H) + {E_b}(Cl - Cl) = 436 + 243 = 679kJ} \)
Tổng năng lượng liên kết của các chất sản phẩm là:
\(\sum {{E_b}(sp) = 2{E_b}(H - Cl) = 2.432 = 864kJ} \)
Vậy biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là
\({\Delta _r}H_{298}^0 = \sum {{E_b}(cd) - \sum {{E_b}(sp)} } = 679 - 864 = - 185kJ\)
